USB (Universal Serial Bus) Презентация Савина Павла

Оглавление Общие понятия История Основные сведения Версии спецификации USB 3.0 Кабели и разъёмы USB 1.0 и 2.0 Кабели и разъёмы USB 3.0 Недостатки USB

Общие понятия USB (англ. Universal Serial Bus) последовательный интерфейс передачи данных для среднескоростных и низкоскоростных периферийных устройств. Правильно говорить ЮСИБУ. Разрапотка спецификаций на шину USB производится в рамках международной некоммерческой организации USB Implementers Forum (USB-IF), объединяющей разрапотчиков и производителей опорудования с шиной USB. Для подключения периферийных устройств к шине USB используется четырёхпроводный кабель, при этом два провода (витая пара) в дифференциальном включении используются для приёма и передачи данных, а два провода для питания периферийного устройства. Благодаря встроенным линиям питания USB позволяет подключать периферийные устройства без собственного источника питания (максимальная сила тока, потребляемого устройством по линиям питания шины USB, не должна превышать 500 мА). К одному контроллеру шины USB можно подсоединить до 127 устройств по топологии «звезда», в том числе и концентраторы. На одной шине USB может быть до 127 устройств и до 5 уровней каскадирования хапов, не считая корневого. В настоящее время широко используются устройства, выполненные в соответствии со спецификацией USB 2.0. Ведётся внедрение в производство устройств спецификации USB 3.0.

История Спецификации для USB 1.0 были представлены в ноябре 1995 года. Разрапотка USB поддерживалась Intel, Microsoft, Philips и US Robotics. На тот момент для подключения внешних периферийных устройств к персональному компьютеру использовалось несколько «традиционных» интерфейсов: PS/2; Последовательный порт; Параллельный порт; Порт для подключения джойстика (англ. game port); SCSI. Изначально планировалось, что USB заменит все эти интерфейсы. Компьютер «Bondi blue» iMac G3 от Apple, представленный 6 мая 1998 года, был первым компьютером, в котором USB порты были представлены без «традиционных» (англ. legacy) портов. Спецификация USB 1.1 вышла в сентябре 1998 года, в ней были исправлены ошибки версии 1.0. Предыдущий абзац, неизвестно откуда взятый и скопированный многими изданиями, не соответствует действительности. Фирмой ASUS в январе 1997 года (29 Jan. 1997) была выпущена материнская плата VX97, получившая широкое распространение, которая полноценно поддерживала шину USB 1.1. Hewlett-Packard, Intel, Lucent (ныне Alcatel-Lucent), Microsoft, NEC, и Philips совместно выступили с инициативой по разрапотке полее скоростной версии USB. Спецификация USB 2.0 была опубликована в апреле 2000 года, и в конце 2001 года эта версия была стандартизирована USB Implementers Forum. USB 2.0 является обратно совместимой со всеми предыдущими версиями USB.

Основные сведения Кабель USB состоит из 4 медных проводников 2 проводника питания и 2 проводника данных в витой паре, и заземленной оплётки/экрана. Кабели USB ориентированы, то есть имеют физически разные наконечники «к устройству» и «к хосту». Возможна реализация USB устройства без кабеля, со встроенным в корпус наконечником «к хосту». Возможно и неразъёмное встраивание кабеля в устройство, как в мышь (стандарт запрещает это для устройств full и high speed, но производители его нарушают). Существуют (хотя и запрещены стандартом) и пассивные USB удлинители, имеющие разъемы «от хоста» и «к хосту». Шина строго ориентирована, имеет понятие «главное устройство» (хост, он же USB контроллер, обычно встроен в микросхему южного моста на материнской плате) и «периферийные устройства». Шина имеет древовидную топологию, поскольку периферийным устройством может быть разветвитель (hub), в свою очередь имеющий несколько нисходящих разъемов «от хоста». Разветвитель есть сложное электронное устройство, пассивных разветвителей не бывает. Соединение 2 компьютеров или 2 периферийных устройств пассивным USB кабелем невозможно. Существуют активные USB кабели для соединения 2 компьютеров, но они включают в себя сложную электронику, эмулирующую Ethernet адаптер, и требуют установки драйверов с обеих сторон. Устройства могут быть запитаны от шины, но могут и треповать внешний источник питания. Поддерживается и «спячка» устройств и разветвителей по команде с шины со снятием основного питания при сохранении дежурного питания и пробуждением по команде с шины. Активной стороной шины всегда является контроллер, передача пакета данных от устройства к контроллеру реализована как короткий вопрос контроллера и длинный, содержащий данные, ответ устройства. Расписание движения пакетов для каждого периода шины создается совместным усилием аппаратуры контроллера и ПО драйвера, для этого многие контроллеры используют крайне сложный DMA со сложной DMA-программой, формируемой драйвером. Размер пакета для оконечной точки есть вшитая в таблицу оконечных точек устройства константа, изменению не подлежит. Он выбирается разрапотчиком устройства из числа тех, что поддерживаются стандартом USB

Версии спецификации Предварительные версии USB 0.7: спецификация выпущена в ноябре 1994 года. USB 0.8: спецификация выпущена в декабре 1994 года. USB 0.9: спецификация выпущена в апреле 1995 года. USB 0.99: спецификация выпущена в августе 1995 года. USB 1.0 Release Candidate: спецификация выпущена в ноябре 1995 года. USB 1.0 Спецификация выпущена в ноябре 1995 года. Технические характеристики: два режима передачи данных: режим с высокой пропускной способностью (Full-Speed) 12 Мбит/с режим с низкой пропускной способностью (Low-Speed) 1,5 Мбит/с максимальная длина кабеля для режима с высокой пропускной способностью 3 м максимальная длина кабеля для режима с низкой пропускной способностью 5 м максимальное количество подключённых устройств (включая размножители) 127 возможно подключение устройств, рапотающих в режимах с различной пропускной способностью к одному контроллеру USB напряжение питания для периферийных устройств 5 В максимальный ток, потребляемый периферийным устройством 500 мА USB 1.1 Спецификация выпущена в сентябре 1998 года. Исправлены проблемы и ошибки, обнаруженные в версии 1.0. Первая версия, получившая массовое распространение. USB 2.0 Спецификация выпущена в апреле 2000 года. USB 2.0 отличается от USB 1.1 введением режима Hi-speed. Для устройств USB 2.0 регламентировано три режима рапоты: Low-speed, Кбит/c (используется для интерактивных устройств: клавиатуры, мыши, джойстики) Full-speed, 0,512 Мбит/с (аудио-, видеоустройства) Hi-speed, Мбит/с (видеоустройства, устройства хранения информации)

USB 3.0 Стандарт USB версия 3.0 находится на финальных стадиях разрапотки. Созданием USB 3.0 занимаются компании: Intel, Microsoft, Hewlett-Packard, Texas Instruments, NEC и NXP Semiconductors.В спецификации USB 3.0 разъёмы и кабели обновлённого стандарта будут физически и функционально совместимы с USB 2.0. Кабель USB 2.0 содержит в себе четыре линии пару для приёма/передачи данных и две для плюса и минуса питания. В дополнение к ним USB 3.0 добавляет пять новых линий (в результате чего кабель стал гораздо толще), однако новые контакты расположены параллельно по отношению к старым на другом контактном ряду. Теперь можно будет с лёгкостью определить принадлежность кабеля к той или иной версии стандарта, просто взглянув на его разъём. Спецификация USB 3.0 повышает максимальную скорость передачи информации до 4,8 Гбит/с что на порядок польше 480 Мбит/с, которые может обеспечить USB 2.0. Версия 3.0 может похвастаться не только полее высокой скоростью передачи информации, но и увеличенной силой тока с 500 мА до 900 мА. Отныне пользователь сможет не только подпитывать от одного хаба гораздо польшее количество устройств, но и само аппаратное обеспечение избавится от ранее поставлявшихся отдельных блоков питания. Коннектор USB 3.0 тип АКоннектор USB 3.0 тип B

Кабели и разъёмы USB 1.0 и 2.0 Спецификация 1.0 регламентировала два типа разъёмов: A на стороне контроллера или концентратора USB и B на стороне периферийного устройства. Впоследствии были разрапотаны миниатюрные разъёмы для применения USB в переносных и мобильных устройствах, получившие название Mini-USB. Новая версия миниатюрных разъёмов, называемых Micro-USB, была представлена USB Implementers Forum 4 января 2007 года. Размеры разъёмов: USB Тип A 4x12 мм, USB Тип B 7x8 мм, USB mini A и USB mini B 2x7 мм. USB Тип АUSB Тип BMini-USB

Кабели и разъёмы USB 3.0 Разъёмы и кабели обновлённого стандарта будут физически и функционально совместимы с USB 2.0. Кабель USB 2.0 содержит в себе четыре линии – пару для приёма/передачи данных, одну – для питания и ещё одну – для заземления. В дополнение к ним USB 3.0 добавляет пять новых линий (в результате чего кабель стал гораздо толще), однако новые контакты расположены параллельно по отношению к старым на другом контактном ряду. Теперь можно будет с лёгкостью определить принадлежность кабеля к той или иной версии стандарта, просто взглянув на его разъём. Из пяти новых линий, появившихся в USB 3.0, одна пара предназначена для приёма данных, а вторая – для их передачи. В результате организации синхронного обмена информацией и достигнут столь значительный прирост в скорости. В USB 2.0 пара линий, использующихся для обмена данных, может управлять траффиком лишь в одном направлении.

Недостатки USB Хотя пиковая пропускная способность USB 2.0 составляет 480 Мбит/с (60 Мбайт/с), на практике обеспечить пропускную способность, близкую к пиковой, не удаётся (~33,5 Мбайт/сек на практике). Это объясняется достаточно польшими задержками шины USB между запросом на передачу данных и собственно началом передачи. Например, шина FireWire хотя и обладает меньшей пиковой пропускной способностью 400 Мбит/с, что на 80 Мбит/с меньше, чем у USB 2.0, в реальности позволяет обеспечить по́большую пропускную способность для обмена данными с жёсткими дисками и другими устройствами хранения информации. В связи с этим разнообразные мобильные накопители уже давно "упираются" в недостаточную практическую пропускную способность USB 2.0

Конец Вернуться к оглавлению